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大肠杆菌NZN111是乳酸脱氢酶和丙酮酸甲酸裂解酶的双突变菌株,在厌氧情况下失去了生长和耗糖的能力。本文主要研究在大肠杆菌NZN111中过量表达苹果酸脱氢酶(MDH)对于菌体生长、葡萄糖消耗和琥珀酸生产的影响。
本研究首先克隆了表达MDH的基因mdh,将其与载体质粒pTrc99A连接,构建得到pTrc99A—mdh质粒;然后将pTrc99A和pTrc99A—mdh分别转入NZN111中,得到对照株NZN111/pTrc99A和MDH过量表达株NZN111/pTrc99A—mdh。对上述两株菌的厌氧发酵研究发现,在不含有碳酸氢钠的复合培养基中,经0.1mM IPTG诱导过量表达MDH的菌株恢复了厌氧生长和糖耗能力,发酵72h后,菌体浓度达到0.8-0.9(OD600),但发酵产物以乙酸为主;在添加碳酸氢钠后,NZN111/pTrc99A—mdh和NZN111/pTrc99A中葡萄糖消耗速率和琥珀酸生产能力都有明显提高,但是在过量表达MDH后,菌体的葡萄糖比消耗速率和琥珀酸比生产速率较未过量表达MDH时均有明显提高。在生物反应器发酵实验中,葡萄糖比消耗速率和琥珀酸比生产速率较对照株分别提高了25%和27%,达到0.67g/g dry cell·h和510 mg/g dry cell·h,而两菌株中琥珀酸得率可达到1.17-1.19mol/mol葡萄糖。
经过对四种关键酶的酶活分析发现,在同样添加10g/L碳酸氢钠的发酵培养基中,NZN111/pTrc99A和NZN111/pTrc99A—mdh中的磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶和苹果酸酶活性相当,但在MDH过量表达株中磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性较对照株提高了1.7倍,并且MDH经过量过量表达后活性提高了24倍。